Carbones Activados

A primera vista, todos los carbones activados parecen iguales. Todos derivan del mismo elemento, el carbono y todos se utilizan gracias a su capacidad de absorción, para la remoción de sustancias indeseadas de gases y de líquidos. Sin embargo, hay carbones activados que pueden ser más efectivos que otros, dependiendo de la aplicación. La razón de todo esto es atribuida a innumerables factores, pero indudablemente, la competencia técnica de las personas involucradas en la optimización del proceso juega un papel determinante.

Desde hace tiempo, nuestro objetivo principal es el de distinguir, entre las diferentes categorías de carbones, la calidad más idónea para una aplicación particular, experimentando con productos en polvo o granulares activados física o químicamente, obteniendo con éxito la alternativa más adecuada. También la experiencia que hemos acumulado, ayudando a los clientes en la individuación de las mejores soluciones, ha sido determinante. Podemos afirmar con seguridad que nuestra competencia para resolver cualquier tipo de problema de adsorción es indiscutible.

Mayor capacidad adsorbente, mejor calidad del producto

Los carbones activados son productos industriales, químicamente inertes, esencialmente compuestos por carbono, con una estructura porosa muy desarrollada. Presentan un área de superficie que confiere al producto un poder adsorbente muy elevado en comparación con otras variedades de sustancias. En general, el volumen de los poros es mayor de 0,8 ml/g y el área de superficie específica interna es superior a 1000 m²/g. Los poros tienen dimensiones variables y se distinguen en tres categorías:

  • Macroporos: con un diámetro superior a 500 Angstrom. Presentan una superficie inutilizable y, por lo tanto, con poca influencia en los fenómenos de adsorción.
  • Mesoporos: con un diámetro superior a 500 Angstrom. Presentan una superficie inutilizable y, por lo tanto, con poca influencia en los fenómenos de adsorción.
  • Microporos: de diámetro comprendido entre 5 y 30 Angstrom. Constituyen la parte activa, es decir, son la parte esencial de la superficie específica.

La adsorción, fenómeno por el cual las moléculas disueltas en una fase (líquida o gaseosa) son adheridas a la superficie específica de un sólido, es la consecuencia de un campo de fuerzas atractivas. Las fuerzas que provocan la fijación de moléculas sobre la superficie del carbón son relativamente débiles. Estas son del tipo "Enlace de Van Der Waals" y crean, después de un tiempo determinado, un estado de equilibrio que depende de la temperatura y de la composición de las moléculas de la fase líquida o gaseosa. Podemos definir la "isoterma de adsorción" como la curva que representa, a temperatura constante, la cantidad de sustancias adsorbidas en el carbón en función de la concentración de las moléculas libres en el fluido en contacto con el material adsorbente.

Carbones activados físicamente

La activación física se usa, generalmente, para la activación del carbón mineral, cáscara de coco y madera. Este material, previamente carbonizado, se somete a temperaturas en el rango de 800ºC-1000ºC en una atmósfera controlada y en presencia de vapor para su activación. De esta manera se consigue quemar el gas que se libera sin quemar el carbón.

Se obtienen carbones activos que presentan predominantemente meso y microporos, ideales para la eliminación de sustancias contaminantes presentes tanto en fase líquida como en fase gaseosa.

Carbones activados químicamente

La activación química es un proceso que tiene lugar en una sola etapa y que da lugar a una descomposición térmica de la materia prima sin precarbonización. Se realiza a temperaturas de 500-600°C, en presencia de un agente deshidratante y oxidante como el ácido fosfórico o el cloruro de zinc.

El diámetro promedio de los poros de carbones activados químicamente es superior los carbones activados físicamente, característica fundamental en los procesos de decoloración donde las moléculas a adsorber son de mayor tamaño.

Control de la calidad

Los carbones activados son productos complejos y difíciles de clasificar en función de sus propiedades. Las determinaciones analíticas se dividen en tres grupos:

Características morfológicas

Granulometría: La medida del tamaño de los granos, así como su clasificación granulometría se realiza mediante métodos clásicos de tamizado húmedo o mecánicos, o por métodos modernos de láser.

Masa volumétrica: medida de la masa de una unidad de volumen en condición estándar. No depende únicamente de la calidad del carbón: varia con la granulometría, la disposición y la compactación de los gránulos.

Porosidad: medida de la superficie específica del carbón y de la distribución de los poros en función de su diámetro.

Características químicas y físicas

Humedad: medida de la pérdida de peso por secado en estufa en el caso de que el agua sea el único compuesto volátil presente. De lo contrario, se utiliza un método por destilación con xileno.

Cenizas: medida de las sustancias inorgánicas residuales después de la calcinación del carbón (cenizas totales) y de aquellas que se solubilizan al tratarse con ácidos (cenizas solubles).

PH: medida del pH del agua tratada con carbón en condiciones estándar. Depende del sistema de activación utilizado y de la naturaleza química de los radicales que se encuentran en su superficie.

Las propiedades de adsorción están representadas por índices que expresan el poder de adsorción de los carbones con respeto a moléculas de distinto tamaño. Existe una correlación entre estos índices y la estructura porosa del carbón.

Índice de Melaza: representa el contenido de mesoporos en la estructura del carbón activo. La coloración de la melaza se deriva de moléculas cuyo tamaño varia de 30 a 100 Angstrom. El resultado de esta medida se refleja en varias aplicaciones típicas del carbón activo y, en particular, en los procesos de decoloración de los productos de base de la industria químico-farmacéutica.

Índice de Yodo: Es una medida del contenido de microporos del carbón activo. El tamaño varía entre 5-15 Angstrom. Al ser la molécula de yodo de pequeño tamaño, esta es accesible a toda la porosidad del carbón. Esta prueba proporciona una indicación de la superficie específica total del carbón en el caso de que no haya presente ningún cuerpo capaz de reaccionar con el yodo.

El conjunto de las determinaciones analíticas ofrecen una visión parcial y por lo tanto, deben interpretarse con precaución. Sólo la Isoterma de adsorción pone en evidencia la calidad de un carbón activado en relación con la aplicación que se está considerando.

Isoterma de adsorción

Hay una serie de leyes empíricas que permiten representar los fenómenos de absorción. En el caso de absorción en fase líquida, la relación entre la cantidad de adsorbato y la dosis de carbón empleado, está definida por la isóterma de Freundlich, el cual es un diagrama de escala logarítmica que representa la ecuación de una recta con pendiente 1/n.

Tierras descolorantes

Las tierras decolorantes se utilizan principalmente, como su propio nombre indica, para la eliminación de cromóforos; Sin embargo, esto no excluye el uso de este producto en otras aplicaciones, donde las características de este medio filtrante son óptimas para resolver algunos problemas, como la purificación de grasas de animales.

Las tierras decolorantes, así como los carbones activos, se dividen según el proceso de activación al que se someten, en:

  • tierras decolorantes activadas químicamente
  • tierras decolorantes activadas físicamente

Las tierras decolorantes activadas químicamente presentan normalmente un pH de 2-3, mientras que las activadas físicamente tienen un pH más alcalino, superior a 7.

Las tierras decolorantes están compuestas principalmente por sustancias como atapulgita, montmorillonita, sepiolita, clinoptilolita individualmente o en combinación de estas; Las arcillas de partida contienen sobre todo sílice y alúmina, y pueden contener trazas de hierro, magnesio, calcio y/o potasio. Los depósitos de arcilla tienen un aspecto similar al suelo y pueden presentar gradaciones de color de marrón o marrón claro, amarillo o al blanco puro.

Métodos de activación

A pesar de que estas arcillas se caracterizan por sus excelentes propiedades adsorbentes, se someten a tratamientos especiales para mejorar esta característica.

Activación química

El proceso de activación con ácido sulfúrico o con ácido clorhídrico permite eliminar varios iones, dejando libres los sitios activos para la adsorción de impurezas; los diferentes tipos de iones (Ca, Mg, Fe, K) se dispersan homogéneamente en la matriz de arcilla Si-Al.

Las tierras activadas con ácido pueden eliminar la clorofila, los carotenoides y otros compuestos como el fósforo o compuestos de oxidación de los aceites alimenticios, minerales y de las grasas.

Activación física

El proceso de activación física se realiza llevando la arcilla a altas temperaturas de aproximadamente 600° C en horno giratorio, de manera que se libera la estructura porosa típica de este material. La atapulgita y la sepiolita son las arcillas más adecuadas para este tipo de proceso.

Granulometría

Un parámetro fundamental de las tierras decolorantes, tanto ácidas o básicas, es la distribución granulométrica, de hecho, además de tener una alta capacidad de eliminación de cromóforos (clorofila, carotinoides, etc.), deben tener una granulometría que no limite el proceso de filtración.

Mediante moliendas especificas se pueden obtener distintas distribuciones granulométricas según la demanda del mercado: de hecho, existen tierras decolorantes que permiten trabajar con una mayor velocidad de filtración.

Tierras diatomeas

Las tierras diatomeas, también conocidas como harinas fósiles, son un derivado de la fosilización de los restos de diatomeas, una especie de protistas, caracterizados por un exoesqueleto compuesto por sílice, que viven en lagos salados y océanos.

Los depósitos de diatomeas fosilizadas se encuentran, principalmente, en antiguos lagos salados, hoy ya secos, presentes en áreas geográficas particulares, donde se extraen las materias primas empleadas para la producción de las harinas fósiles.

Las tierras diatomeas son ideales para emplearlas como coadyuvantes de filtración para la eliminación de los sólidos suspendidos en líquidos, su gran versatilidad permite su uso en diferentes aplicaciones que van desde la purificación y tratamiento de aguas, hasta la filtración de líquidos alimenticios y aplicaciones en la industria química y farmacéutica.

Se dividen en tres grandes familias, según el grado de elaboración necesaria para su producción:

  • Naturales (de color ocre) ideales para ser empleadas en la industria ganadera y en la filtración de líquidos alimentarios (Cerveza, Vino, Aceite, Azúcares, etc.);
  • Calcinados (de color rosa) ampliamente utilizados para la filtración de líquidos alimentarios (Cerveza, Vino, Aceite, Azúcares, etc.), en los productos de la industria química (ácidos cítricos, fosfóricos, etc.), y de la industria de aceites minerales (lubricantes y aditivos);
  • Calcinados de flujo (de color blanco) utilizados para la filtración de líquidos alimentarios (Cerveza, Vino, Aceite, Azúcares, etc.), en los productos de la industria de aceites minerales (lubricantes y aditivos), farmacéutica (alginatos, antibióticos) y industrias médicas (sangre y plasma).

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